职责链模式：如何实现可灵活扩展算法的敏感信息过滤框架？

今天，我们主要讲解职责链模式的原理和实现。除此之外，我还会利用职责链模式，带你实现一个可以灵活扩展算法的敏感词过滤框架。下一节课，我们会更加贴近实战，通过剖析Servlet Filter、Spring Interceptor来看，如何利用职责链模式实现框架中常用的过滤器、拦截器。

职责链模式的原理和实现

将请求的发送和接收解耦，让多个接收对象都有机会处理这个请求。将这些接收对象串成一条链，并沿着这条链传递这个请求，直到链上的某个接收对象能够处理它为止。

在职责链模式中，多个处理器（也就是刚刚定义中说的“接收对象”）依次处理同一个请求。一个请求先经过A处理器处理，然后再把请求传递给B处理器，B处理器处理完后再传递给C处理器，以此类推，形成一个链条。链条上的每个处理器各自承担各自的处理职责，所以叫作职责链模式。

第一种实现如下：Handler 是所有处理器类的抽象父类，handle()是抽象方法，每个具体的处理器类HandlerA 和HadnlerB的handle() 函数的代码结构类似，如果它能处理该请求就不继续往下传递，如果不能处理就需要往下传递了。

public abstract class Handler {protected Handler successor = null;public void setSuccessor(Handler successor) {this.successor = successor;}public abstract void handle();
}public class HandlerA extends Handler {@Overridepublic void handle() {boolean handled = false;//...if (!handled && successor != null) {successor.handle();}}
}public class HandlerB extends Handler {@Overridepublic void handle() {boolean handled = false;//...if (!handled && successor != null) {successor.handle();} }
}public class HandlerChain {private Handler head = null;private Handler tail = null;public void addHandler(Handler handler) {handler.setSuccessor(null);if (head == null) {head = handler;tail = handler;return;}tail.setSuccessor(handler);tail = handler;}public void handle() {if (head != null) {head.handle();}}
}// 使用举例
public class Application {public static void main(String[] args) {HandlerChain chain = new HandlerChain();chain.addHandler(new HandlerA());chain.addHandler(new HandlerB());chain.handle();}
}

实际上，上面的代码实现不够优雅。处理器类的handle()函数，不仅包含自己的业务逻辑，还包含对下一个处理器的调用，也就是代码中的successor.handle()。一个不熟悉这种代码结构的程序员，在添加新的处理器类的时候，很有可能忘记在handle()函数中调用successor.handle()，这就会导致代码出现bug。

针对这个问题，我们对代码进行重构，利用模板模式或者接口，将调用successor.handle()的逻辑从具体的处理器类中剥离出来，放到抽象父类中。这样具体的处理器类只需要实现自己的业务逻辑就可以了。重构之后的代码如下所示：

public interface IHandler {boolean handle();
}public class HandlerA implements IHandler {@Overridepublic boolean handle() {boolean handled = false;//...return handled;}
}public class HandlerB implements IHandler {@Overridepublic boolean handle() {boolean handled = false;//...return handled;}
}public class HandlerChain {private List<IHandler> handlers = new ArrayList<>();public void addHandler(IHandler handler) {this.handlers.add(handler);}public void handle() {for (IHandler handler : handlers) {boolean handled = handler.handle();if (handled) {break;}}}
}// 使用举例
public class Application {public static void main(String[] args) {HandlerChain chain = new HandlerChain();chain.addHandler(new HandlerA());chain.addHandler(new HandlerB());chain.handle();}
}

实际上，职责链模式还有一种变体，那就是请求会被所有的处理器都处理一遍，不存在中途终止的情况。这种变体也有两种实现方式：用链表存储处理器和用数组存储处理器，跟上面的两种实现方式类似，只需要稍微修改即可。

仅仅将handle代码的if判断去掉即可

public void handle() {for (IHandler handler : handlers) {boolean handled = handler.handle();}}

职责链模式的应用场景举例

对于支持UGC（User Generated Content，用户生成内容）的应用（比如论坛）来说，用户生成的内容（比如，在论坛中发表的帖子）可能会包含一些敏感词（比如涉黄、广告、反动等词汇）。针对这个应用场景，我们就可以利用职责链模式来过滤这些敏感词。

public interface SensitiveWordFilter {boolean doFilter(Content content);
}public class SexyWordFilter implements SensitiveWordFilter {@Overridepublic boolean doFilter(Content content) {boolean legal = true;//...return legal;}
}// PoliticalWordFilter、AdsWordFilter类代码结构与SexyWordFilter类似public class SensitiveWordFilterChain {private List<SensitiveWordFilter> filters = new ArrayList<>();public void addFilter(SensitiveWordFilter filter) {this.filters.add(filter);}// return true if content doesn't contain sensitive words.public boolean filter(Content content) {for (SensitiveWordFilter filter : filters) {if (!filter.doFilter(content)) {return false;}}return true;}
}public class ApplicationDemo {public static void main(String[] args) {SensitiveWordFilterChain filterChain = new SensitiveWordFilterChain();filterChain.addFilter(new AdsWordFilter());filterChain.addFilter(new SexyWordFilter());filterChain.addFilter(new PoliticalWordFilter());boolean legal = filterChain.filter(new Content());if (!legal) {// 不发表} else {// 发表}}
}

首先，我们来看，职责链模式如何应对代码的复杂性。

将大块代码逻辑拆分成函数，将大类拆分成小类，是应对代码复杂性的常用方法。应用职责链模式，我们把各个敏感词过滤函数继续拆分出来，设计成独立的类，进一步简化了SensitiveWordFilter类，让SensitiveWordFilter类的代码不会过多，过复杂。

其次，我们再来看，职责链模式如何让代码满足开闭原则，提高代码的扩展性。

当我们要扩展新的过滤算法的时候，比如，我们还需要过滤特殊符号，按照非职责链模式的代码实现方式，我们需要修改SensitiveWordFilter的代码，违反开闭原则。不过，这样的修改还算比较集中，也是可以接受的。而职责链模式的实现方式更加优雅，只需要新添加一个Filter类，并且通过addFilter()函数将它添加到FilterChain中即可，其他代码完全不需要修改。

上面介绍了如何责任链模式的原理和应用场景，那么接下来我们看一下责任链模式在框架中的应用，为框架提供可靠的扩展点。

Servlet Filter

Servlet Filter是Java Servlet规范中定义的组件，翻译成中文就是过滤器，它可以实现对HTTP请求的过滤功能，比如鉴权、限流、记录日志、验证参数等等。因为它是Servlet规范的一部分，所以，只要是支持Servlet的Web容器（比如，Tomcat、Jetty等），都支持过滤器功能。为了帮助你理解，我画了一张示意图阐述它的工作原理，如下所示。

在实际项目中，我们该如何使用Servlet Filter呢？我写了一个简单的示例代码，如下所示。添加一个过滤器，我们只需要定义一个实现javax.servlet.Filter接口的过滤器类，并且将它配置在web.xml配置文件中。Web容器启动的时候，会读取web.xml中的配置，创建过滤器对象。当有请求到来的时候，会先经过过滤器，然后才由Servlet来处理。主要是涉及到过滤器的处理范围。

public class LogFilter implements Filter {@Overridepublic void init(FilterConfig filterConfig) throws ServletException {// 在创建Filter时自动调用，// 其中filterConfig包含这个Filter的配置参数，比如name之类的（从配置文件中读取的）}@Overridepublic void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response, FilterChain chain) throws IOException, ServletException {System.out.println("拦截客户端发送来的请求.");chain.doFilter(request, response);System.out.println("拦截发送给客户端的响应.");}@Overridepublic void destroy() {// 在销毁Filter时自动调用}
}// 在web.xml配置文件中如下配置：
<filter><filter-name>logFilter</filter-name><filter-class>com.xzg.cd.LogFilter</filter-class>
</filter>
<filter-mapping><filter-name>logFilter</filter-name><url-pattern>/*</url-pattern>
</filter-mapping>

职责链模式的实现包含处理器接口（IHandler）或抽象类（Handler），以及处理器链（HandlerChain）。对应到Servlet Filter，javax.servlet.Filter就是处理器接口，FilterChain就是处理器链。接下来，我们重点来看FilterChain是如何实现的。

public final class ApplicationFilterChain implements FilterChain {private int pos = 0; //当前执行到了哪个filterprivate int n; //filter的个数private ApplicationFilterConfig[] filters;private Servlet servlet;@Overridepublic void doFilter(ServletRequest request, ServletResponse response) {if (pos < n) {ApplicationFilterConfig filterConfig = filters[pos++];Filter filter = filterConfig.getFilter();filter.doFilter(request, response, this);} else {// filter都处理完毕后，执行servletservlet.service(request, response);}}public void addFilter(ApplicationFilterConfig filterConfig) {for (ApplicationFilterConfig filter:filters)if (filter==filterConfig)return;if (n == filters.length) {//扩容ApplicationFilterConfig[] newFilters = new ApplicationFilterConfig[n + INCREMENT];System.arraycopy(filters, 0, newFilters, 0, n);filters = newFilters;}filters[n++] = filterConfig;}
}

Spring Interceptor

刚刚讲了Servlet Filter，现在我们来讲一个功能上跟它非常类似的东西，Spring Interceptor，翻译成中文就是拦截器。尽管英文单词和中文翻译都不同，但这两者基本上可以看作一个概念，都用来实现对HTTP请求进行拦截处理。

它们不同之处在于，Servlet Filter是Servlet规范的一部分，实现依赖于Web容器。Spring Interceptor是Spring MVC框架的一部分，由Spring MVC框架来提供实现。客户端发送的请求，会先经过Servlet Filter，然后再经过Spring Interceptor，最后到达具体的业务代码中。我画了一张图来阐述一个请求的处理流程，具体如下所示。

public class LogInterceptor implements HandlerInterceptor {@Overridepublic boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler) throws Exception {System.out.println("拦截客户端发送来的请求.");return true; // 继续后续的处理}@Overridepublic void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, ModelAndView modelAndView) throws Exception {System.out.println("拦截发送给客户端的响应.");}@Overridepublic void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex) throws Exception {System.out.println("这里总是被执行.");}
}//在Spring MVC配置文件中配置interceptors
<mvc:interceptors><mvc:interceptor><mvc:mapping path="/*"/><bean class="com.xzg.cd.LogInterceptor" /></mvc:interceptor>
</mvc:interceptors>

同样，我们还是来剖析一下，Spring Interceptor底层是如何实现的。

当然，它也是基于职责链模式实现的。其中，HandlerExecutionChain类是职责链模式中的处理器链。它的实现相较于Tomcat中的ApplicationFilterChain来说，逻辑更加清晰，不需要使用递归来实现，主要是因为它将请求和响应的拦截工作，拆分到了两个函数中实现。HandlerExecutionChain的源码如下所示，同样，我对代码也进行了一些简化，只保留了关键代码。

public class HandlerExecutionChain {private final Object handler;private HandlerInterceptor[] interceptors;public void addInterceptor(HandlerInterceptor interceptor) {initInterceptorList().add(interceptor);}boolean applyPreHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws Exception {HandlerInterceptor[] interceptors = getInterceptors();if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {for (int i = 0; i < interceptors.length; i++) {HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];if (!interceptor.preHandle(request, response, this.handler)) {triggerAfterCompletion(request, response, null);return false;}}}return true;}void applyPostHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, ModelAndView mv) throws Exception {HandlerInterceptor[] interceptors = getInterceptors();if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {for (int i = interceptors.length - 1; i >= 0; i--) {HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];interceptor.postHandle(request, response, this.handler, mv);}}}void triggerAfterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Exception ex)throws Exception {HandlerInterceptor[] interceptors = getInterceptors();if (!ObjectUtils.isEmpty(interceptors)) {for (int i = this.interceptorIndex; i >= 0; i--) {HandlerInterceptor interceptor = interceptors[i];try {interceptor.afterCompletion(request, response, this.handler, ex);} catch (Throwable ex2) {logger.error("HandlerInterceptor.afterCompletion threw exception", ex2);}}}}
}